基于DPS寬動態技術的探索與實際應用

　在攝像機發展的歲月里，從最初的真空管攝像機發展到現在的CCD、CMOS、DPS攝像機，隨著攝像機應用的不斷發展，出現了各種專用的攝像技術，寬動態技術便是其中之一。對于一些明暗反差強烈的特殊環境，普通攝像機針對圖像的最“暗”與最“亮”部分的平衡調整能力非常有限，這時寬動態技術便能發揮其突出的作用。

　　DPS寬動態技術

　　在逆光情況下，一般都采用超寬動態攝像機，超寬動態攝像機的動態范圍表示攝像機對圖像的最“暗”和最“亮”的調整范圍，動態范圍越大圖像所表現的圖層就越豐富、清晰，當然圖像的色彩空間就更廣，也就是超寬動態攝像機適應逆光環境的能力也更大。

　　傳統CCD攝像機在采集一幅圖像的過程中只對整個圖像采樣一次，因此必然會出現對整個圖像中明亮的區域曝光過度、或較暗的區域欠曝光的現象。

　　盡管寬動態CCD攝像機與傳統CCD攝像機相比，在技術上有了一次次突破，現在已發展到第三代CCD寬動態攝像機，寬動態范圍也達到了160倍，或說54dB。但有資料揭示，CCD寬動態攝像機的動態范圍最多也只能達到60dB。現在已經推出的基于CMOS的DPS技術寬動態攝像機，其寬動態范圍一般能達到95dB，最高能達到120dB。

　　DPS技術的主要特點是對每個像素進行多次單獨無損失采樣，使動態范圍增大，說白了寬動態攝像就是采用多次曝光技術平衡調整明暗圖像畫面，還原逼真現場的真實效果。

　　DPS(Digital Pixel System)即數字圖像傳感處理系統，它的核心技術是在每一個拾取的像素上都包含一個ADC(analong—to—digited數模轉換器)，當ADC捕捉到光信號時便直接將其轉換為數字信號并放大，這就最大限度地節省了無效的傳輸操作，降低了噪聲，保證所獲取圖像的高質量，使得輸出后的圖像無任何拖尾和開花現象。DPS系統在整個圖像的獲取、傳輸和處理中，不論前端的拾取還是后端的處理完全以數字化的形式進行，是真正純數字化的圖像傳感系統。

　　美國Pixim公司在斯坦福大學20世紀90年代技術發展的基礎上研發了一種新型的DPS圖像拾取系統，此系統可以通過其超強的寬動態功能來獲得高質量圖片。源于斯坦福大學的Pixim的DPS成像技術，申請了56項專利，其中42項已經生效。Pixim的DPS技術是目前唯一的直接以數字值表示光信號的圖像抓取系統。CCD和CMOS傳感器以模擬值表示光信號，然后再將模擬值轉換成數字值，DPS則不存在模擬讀出噪聲。

　　在DPS技術中每個像素都有一個ADC，每個像素的信息都是獨立捕捉和處理的，同時使用了一個32bit的CPU處理芯片ARM7(或者ARM9)控制每個像素的曝光時間，使得模—數轉換更精確。傳感器可在曝光周期內對每個像素的光線進行多次和高速采樣，并控制每個像素的曝光時間，在其達到最佳狀態時存儲像素信息，因此每個像素都經過了多次(0.8ms內)無破壞性的單獨采樣。在像素被采集后，系統再對其進行處理，最終形成高質量的圖像。DPS系統形成的圖像在水平和垂直分辨率上保持一致，任何角度都可以保證圖像的高分辨率。

　　Pixim的專利DPS技術標志著在攝像技術上的一個根本突破，以CCD為主流技術的攝像機必將受到DPS技術的巨大沖擊。

　　DPS技術在還原性的概念上，成像良好，圖像質量高，采用DPS技術可使每個像素的曝光時間不同，從而使同一畫面不同部分的曝光時間不盡相同。因此，整幅圖像的任意點，都可達到最佳圖像顯示的狀態，能得到清晰的圖像細節，更加接近真實場景的色彩還原。

　　Pixim公司稱，DPS技術中“每個像素都是一部攝像機(Every pixel is a camera)”，在一幅圖像中，曝光像素有數十萬個，即使在最苛刻的光照條件下，也可捕捉到清晰、逼真的圖像，再也不會因為陰影、眩光、反射和太陽光而使圖像發暗或被破壞。因此，在DPS技術中，每個像素對應的光線都可以被優化曝光，最終形成高質量的圖像。

　　DPS攝像機采用的是與“人眼——大腦”系統相同的工作模式，使圖像傳感器和圖像處理器具有雙向實時互動性。DPS攝像機圖像的攝取和處理過程，類似于人眼和大腦的關系，在對圖像進行處理和運算的同時，不斷向圖像傳感器下達指令，不僅調整曝光時間，而且改變實際的圖像捕捉算法，實現了智能化圖像處理功能。

　　所以，在特定的圖像特征和光照下，DPS攝像機最終能提供更詳盡、完整和真實的圖像細節，從而獲得最佳的圖像效果。